Strukturna i funkcionalna analiza gena za alfa-1-antitripsin u bolestima pluća čoveka

Abstract

Alfa-1-antitripsin je inhibitor serin proteaza čija je osnovna biološka funkcija inhibicija elastaze neutrofila – enzima koji učestvuje u degradaciji elastina i koji dovodi do oštećenja tkiva pluća. Deficijencija i disfunkcija alfa-1-antitripsina leže u osnovi više oboljenja od kojih su najčešći emfizem pluća i oboljenja jetre, a mogu predstavljati i faktor rizika za nastanak karcinoma pluća. Ovaj rad je imao za cilj da ispita postojanje strukturnih promena u kodirajućim egzonima gena za alfa-1-antitripsin kod ispitanika sa emfizemom pluća i kod ispitanika sa karcinomom pluća, kao i da istraži funkcionalne posledice otkrivenih promena i njihov eventualni značaj u nastanku i razvoju bolesti. Strukturnom analizom gena za alfa-1-antitripsin DGGE metodom i DNK sekvenciranjem detektovano je prisustvo deficijentnih varijanti Z, S i Mmalton, kao i dve nove varijante označene kao G320R i V321F. Elektroforezom u denaturišućem poliakrilamidnom gelu uočeno je da varijante G320R i V321F migriraju brže u odnosu na WT varijantu, a analizom u denaturišućem poliakrilamidnom gelu sa 5M ureom pokazano je da ove varijante verovatno imaju smanjenu hidrofobnost u odnosu na WT varijantu. Analizom formiranih kompleksa između alfa-1-antitripsina i elastaze pankreasa u SDS gelovima, utvrđeno je da se inhibitorna aktivnost ispitivanih varijanti ne razlikuje od inhibitorne aktivnosti WT varijante proteina. Nativna elektroforeza preparata alfa-1-antitripsina inkubiranih na različitim temperaturama pokazala je da mutirane varijante proteina imaju blago smanjenu termostabilnost u odnosu na WT protein, a elektroforeza proteina eksprimiranih u COS7 ćelijskoj liniji pokazala je da varijante G320R i V321F pod fiziološkim uslovima ne formiraju polimere. Metodom imunofluorescencije na tranzijentno transfekovanim COS7 ćelijama pokazano je da su varijante G320R i V321F, kao i WT protein, lokalizovane u Goldžijevom aparatu i da se ne zadržavaju u endoplazmatičnom retikulumu...

Alpha-1-antitrypsin is a serine protease inhibitor whose main biological function is inhibition of neutrophil elastase – enzyme capable of digestion of elastin and involved in lung tissue destruction. Deficiency and disfunction of alpha-1-antitrypsin is associated with emphysema and liver disease, and can represent a risk factor for development of lung cancer. The objective of this work was to perform structural analysis of alpha-1-antitrypsin gene in subjects with emphysema and lung cancer, as well as to perform functional analysis of discovered variants in order to estimate their role in disease development. Structural analysis of alpha-1-antitrypsin gene, using DGGE and DNA sequencing, revealed presence of deficient variants Z, S and Mmalton, as well as two novel variants – G320R and V321F. Denaturing PAGE analysis showed that variants G320R and V321F exibited increased gel mobility compared to WT variant, and electrophoresis in the presence of 5M urea showed that these variants effected the protein structure, probably by changing its hydrophobicity. Nondenaturing electrophoresis of heat treated proteins showed that both variants had slightly decreased thermostability when compared to WT variant and non-denaturing PAGE of COS7 expressed proteins showed that these variants did not form polymers under physiological conditions. Inibitory activity of variants G320R and V321F, determined by analysis of SDS-PAGE resistant complexes between alpha-1-antitrypsin and porcine pancreas elastase, was same as in WT variant. Immunofluorescence of transiently transfected COS7 cell line showed that variants G320R and V321F, as well as WT protein, were predominantly localized at Golgi apparatus indicating that they are not retained in endoplasmic reticulum...